【技術新知】乾冰清洗機在模具上的應用

發佈日期: 作者:

型創科技／王海滔 應用工程師

前言

　　隨著社會科學的進步，新材料和新技術的出現，各式產品走向複雜化與精細化。其模具成本高昂且經常含有細小零部件，例如：航太、光學電子、儀器儀錶。使用傳統的物理清洗和化學清洗方式已經不能夠滿足現代化生產的需求，不僅會損耗模具、成本增加，同時也會造成產品的品質良莠不齊，不能提供穩定的產品品質。而且拆卸清洗的過程較長，同時還有進行模具復位、環保等等一系列的後續問題。自動化製造業追求產品的品質與生產效率，因此模具清潔就成為各相關企業所關心之重點。近幾年新生的模具清洗專用乾冰清洗機，針對環保發展和客戶的潔淨度要求做出極佳的回應。

　　目前，除了模具相關行業，乾冰清洗機已被廣泛應用於食品、塗料、電力、印刷等領域。

圖1：清洗中的模具

乾冰清洗機的清洗原理

　　乾冰就是固態二氧化碳，在高壓和低溫條件下製備，其看起來像冰，但兩者的溫度和硬度等物理特性截然不同。在常溫常壓下，冰會慢慢融化變成水，但乾冰不會形成液態，而是立即膨脹體積變為氣體。

　　清洗系統通過高壓氣流將乾冰顆粒加速，經噴嘴衝擊到需要清洗的工件表面，當-78攝氏度的乾冰粒接觸到污垢表面後會產生脆化爆炸現象，從而使污垢收縮及鬆脫，隨之乾冰顆粒會瞬間氣化並且膨脹800倍，產生強大的剝離力，將污垢油漬披鋒全部帶走。並且由於CO2揮發掉了，乾冰清洗過程中沒有產生任何二次廢物，需要清理的只有清除下來的污垢。

在上述清潔過程中主要涉及四個清潔原理：

  1. 動能衝擊
    高速的乾冰顆粒撞擊清潔表面，污染顆粒被強烈的物理衝擊去除。同時乾冰的顆粒硬度非常低（約2~3Mhos），能夠保證不損壞模具表面。
  2. 溫差效應
    利用溫差的物理反應使不同的物質在不同的收縮速度下產生脫離，污染物受到冷凍後引起的剪應力，伴隨裂縫黏合力降低自然脫落。
  3. 昇華膨脹
    乾冰接觸污染物後瞬間昇華，體積劇烈膨脹，將被凍結的污染物撐散並被壓縮空氣帶走。
  4. 化學效應
    過程中大部分乾冰將氣化，在一定溫度和壓力下少數會重新化為液態二氧化碳，而液態二氧化碳作為無機溶劑能有效去除沉積在模具表面上的有機物。從表1中可以看出，液態二氧化碳有類似於如丙酮、異丙醇和1,1,1 – TCA的溶解度係數，表明其清洗劑功效。
表1：常見清潔劑溶解度對比

乾冰清洗機的優點

  • 對污染物有強力的剝離能力；
  • 不會損傷清洗表面；
  • 能清洗到每個狹窄的清潔死角；
  • 乾冰不含水且可溶有機物，對於線上的電氣設備，無需停機便可進行線上清洗；
  • 無二次處理成本，乾冰無殘留物；
  • 無需拆卸，節省時間；
  • 延長設備壽命，通過清洗可及早發現損壞零件並進行更換。
圖2：乾冰清洗機臺
圖3：乾冰清洗油漆
圖4：乾冰清洗樹脂材料

乾冰清洗機的缺點

  • 乾冰對濕度較為敏感，要控制好工作環境的乾燥程度。尤其在清潔金屬時，溫度較低容易吸附空氣中的水汽，形成水滴。乾冰顆粒吸收到水分會變脆，將不能保證清潔硬度和導致清潔效果降低；
  • 乾冰顆粒的成本高於水，工廠本身不容易製得，通常需要外購；
  • 乾冰顆粒保存不易，需要提前訂購並存放於專用的乾冰盒子；
  • 乾冰清洗機設備較為昂貴，機器主體加上新型空氣壓縮機成本將超過10萬元；
  • 機器工作噪音約在120dB，如公司對噪音有嚴格要求，則需慎重考慮。噪音是由空氣壓縮引起的，理論上噪音越大，清洗能力越強。

結論

　　如塑膠模具，經常出現毛刺、碳化氣體層、脫模劑等附著不易清除。乾冰清洗機可幫助到我們快速去除模具的頑固污漬，在短時間內清洗到每一個角落，且不會損壞被清洗的物品，尤其是注重潔淨度的型腔表面。

　　此外，乾冰是通過高效利用工廠生產的副產品二氧化碳而製成的，所以它也是一種環保清洗劑。作為原料的液化二氧化碳氣體來源於工廠的反應回收和精煉（石油精煉、氨水生產等）。美國國家環境研究所(National Institute of Environment)對乾冰清洗技術評價為一項高度優先的環保「減碳技術」，可有效減少製造過程中的廢物和副產品。由於通過捕獲一部分釋放到大氣中的二氧化碳來使用它，將不會增加排放，停止或生產乾冰都不會影響全球碳排放。

參考資料

文章來源：SMART Molding雜誌